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长链非编码RNA与人脑胶质瘤关联性的研究进展

2018-06-08 10:10 | 来源:未知 | 责任编辑:本站编辑

作者:王行健,朱淑霞,滨州医学院附属医院

 

脑胶质瘤(glioma)是常见的原发性颅内肿瘤,该病常导致较高的死亡率,且传统治疗后该病复发率较高,这成为医务人员急需解决的一大难题。针对这一问题,探索脑胶质瘤的准确分子机制和可靠的治疗靶点已引起广泛关注。

 

近年来,脑胶质瘤表观遗传调控方面的研究,特别是与细胞调控关系密切的长链非编码RNA(LncRN一夜情未了A)引起了学者们极大的关注,可能为抑制脑胶质瘤的生长与复发在分子水平上提供新的治疗方法。

 

1.LncRN一夜情未了A的生物学概述

 

LncRN一夜情未了A是由超过200个核苷酸组成的功能转录物。自20世纪80年代,研究发现LncRN一夜情未了A可以作为合成具有特殊生物活性的小多肽的储存库。LncRN一夜情未了A可以根据其基因组位置分为5类,包括反义长非编码RNA(antisense LncRN一夜情未了A)、内含子非编码RNA(intronic transcript RNA)、large intergenic noncoding RNA(lincRN一夜情未了A)、启动子相关LncRN一夜情未了A(promoter-associated LncRN一夜情未了A)、非翻译区lncRN一夜情未了A(UTR associated Lnc RNA)。在过去30年中,研究发现LncRN一夜情未了A可通过与DNA、RNA、蛋白质或染色质重塑的相互作用来调节基因表达,如LncRN一夜情未了A可以作为细胞“地址代码”,将蛋白质复合物转移到染色体上的适当位置并导致随后的激活或去激活。

 

与小干扰RNA和微小RNA相比,LncRN一夜情未了A在目标识别方面具有更大潜力,它可以折叠成更高级的结构,有助于染色质重塑以及转录和转录后调控。

 

2.LncRN一夜情未了A与脑胶质瘤的关联性

 

随着认识的逐步深入,LncRN一夜情未了A在正常细胞生命活动中的重要作用被进一步发现,已有证据显示,LncRN一夜情未了A涉及胶质瘤的发生,是潜在的治疗靶点,如研究发现LncRN一夜情未了A ASLNC22381和KIAA0495存在于神经胶质瘤组织和细胞系中。通过分析人神经胶质瘤和正常脑组织标本中的LncRN一夜情未了A,Kraus等确定胶质瘤组织中有四种稳定表达的LncRN一夜情未了A(HOXA6as,H19上游保守1和2,Zfhx2as和BC200)。

 

基于LncRN一夜情未了A表达谱,Li等在神经胶质瘤中鉴定了三种新型分子亚型(命名为LncR1,LncR2和LncR3)。其中LncR1亚型预后最差,而LncR3亚型总体生存率最高。正常脑组织和不同恶性程度的胶质瘤之间的LncRN一夜情未了A表达谱显著不同,为LncRN一夜情未了A作为胶质瘤中的诊断/预后生物标志物和药物靶标提供了可能。近期,通过大规模分析全长cDNA序列,研究者发现LncRN一夜情未了A是细胞分化、免疫应答、肿瘤发生和其他生物过程的关键参与者。

 

Sauvageau等通过建立LncRN一夜情未了A敲除模型进一步证明LncRN一夜情未了A(如BRN1B)对脑发育至关重要。LncRN一夜情未了A也在决定神经细胞分化中发挥作用,如LncRN一夜情未了A Nkx2.2AS在少突胶质细胞的谱系分化中至关重要。最近的研究已证明,神经胶质瘤中的LncRN一夜情未了A可以作为分子诱饵,将蛋白质或RNA从特定位置(如“海绵”)移动到miRNAs(如HOTAIR/miR-326,CASC2/miR-21,XIST/miR-152和Gas5/miR-222)。另外,其他研究表明,LncRN一夜情未了A可以作为信号分子,调节一组基因(如H19/CD133和NEAT2/MMP2)的表达。与原发性胶质瘤相比,复发性胶质瘤中的表达谱分析鉴定出丰富的差异表达的LncRN一夜情未了A,如H19,CRNDE和HOTAIRM1,这些结果意味着未来对特异性表达的LncRN一夜情未了A的研究将有助于在遗传水平上阐明神经胶质瘤复发的机制,并为胶质瘤患者确定有效的治疗靶点。以下将阐述在脑胶质瘤的分子机制中几种具有代表性的LncRN一夜情未了A及其潜在功能。

 

2.1HOX转录反义RNA(HOX transcript antisense RNA,HOTAIR)

 

目前证实源于12号染色体中同源盒C(HOXC)基因座的反义链转录的长链非编码RNA HOTAIR参与了特异性基因转录的调控。Cai等的研究证明HOTAIR通过与多梳抑制复合物2(PRC2)和赖氨酸特异性脱甲基酶1A(LSD1)相互作用来调控基因表达。此外,目前认为HOTAIR异常表达与癌症转移相关。HOTAIR作为癌症独立的预后因素,在肿瘤进展过程中HOTAIR表达增加,与胶质瘤分期密切相关。除了LncRN一夜情未了A分析外,Pastori等进行单分子测序(SMS)表达分析,发现脑胶质瘤中LncRN一夜情未了A变异所致差异模式,与正常脑组织细胞组相比,HOTAIR在脑胶质瘤细胞中的表达高度上调,且当HOTAIR转录物消耗后胶质瘤细胞生长显著降低。

 

在胶质瘤组织和细胞系中LncRN一夜情未了AHOTAIR表达上调,可作为人胶质瘤的潜在生物标志物或治疗靶点。目前已确定HOTAIR是调节神经胶质瘤细胞周期进展的关键基因,HOTAIR主要通过HOTAIR50结构域PRC2轴调节细胞周期进程,该轴主要依赖于脑胶质瘤细胞的EZH2(主要PRC2复合成分)。此外,脑胶质瘤细胞增殖需要溴结构域和外发(BET)结构域蛋白。BET蛋白抑制剂可以通过体外和体内诱导细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂p21Cip1抑制神经胶质瘤的增殖。

 

Pastori等发现,溴结构域蛋白BRD4通过结合其启动子直接控制HOTAIR表达。HOTAIR与BET蛋白质抑制剂I-BET151的过度表达消除了BET溴结构域抑制剂的抗增殖活性,提示BET蛋白通过HOTAIR部分调节细胞增殖。此外,HOTAIR-miRNA轴在人神经胶质瘤的恶性增殖中具有重要作用。HOTAIR可以作为miR-141的内源“海绵”,在神经胶质瘤细胞中通过DNA甲基转移酶1(DNMT1)促进miR-141的启动子甲基化。超甲基化的miR-141可抑制纺锤体和激酶相关复合亚单位2(SKA2)的表达,最终导致肿瘤增殖。总而言之,这些结果提示HOTAIR表达上调可以在许多方面促进神经胶质瘤的生长,因此值得进一步进行相关研究。

 

2.2长链非编码RNAH19(Lnc RNAH19)

 

Lnc RNAH19是涉及哺乳动物发育的最高度保守的印迹基因H19转录产物之一。研究证明,H19是多种癌症(包括神经胶质瘤)的潜在致癌LncRN一夜情未了A。机制上,MYC原癌基因c-Myc的产物诱导H19非编码RNA的表达,从而促进脑胶质瘤形成。此外,作为miRNA前体,H19可以通过产生miR-675进一步决定癌相关钙粘蛋白13(CDH13)的表达,从而促进脑胶质瘤的生长。H19过表达还可以促进癌细胞的细胞周期进程。

 

Li等发现,CDK6是细胞周期的关键调节因子,并参与胶质瘤的生长过程,而来自H19第一外显子的miRNA-675可以通过抑制CDK6的表达来调节神经胶质瘤细胞系的不定向增殖和迁移。H19表达与否与脑胶质瘤细胞耐药性相关。有研究指出,替莫唑胺(TMZ)诱导时,H19低表达的脑胶质瘤细胞存活率较低,因此,目前认为LncRN一夜情未了AH19是治疗脑胶质瘤的潜在靶标之一。

 

既往研究已证实,具有自我更新能力的癌症干细胞(CSCs)促进肿瘤产生,并增加肿瘤耐药性。H19是胎盘中最高表达的LncRN一夜情未了A之一,特别是在内胚层和中胚层胚胎组织中高水平表达,其表达水平在出生后将相对下降。即H19涉及维持造血/胚胎干细胞表达,特别是,H19过表达可以保持脑胶质瘤细胞的干细胞特性。Jiang等进一步证实了这一结论,他们发现H19在CD133阳性脑胶质瘤细胞中显著过表达,H19水平的升高促进了脑胶质瘤细胞的侵袭、CSCs和血管生成。以上说明H19表达水平上调与肿瘤生长加快有关。尽管H19在维持胶质瘤生长方面起着关键作用,但其确切机制尚不清楚,仍需进一步研究。

 

2.3结直肠肿瘤差别表达基因(colorectal neoplasia differentially expressed,CRNDE)

 

LncRN一夜情未了A CRNDE最初是由Derrien等人发现的作为诊断结肠直肠肿瘤的一种非编码RNA。它在神经生物学和病理学中被反复提及,如GBM(GBM中上调最明显的LncRN一夜情未了A,比正常脑组织增加了32倍),星形细胞瘤中出现CRNDE表达增高。在神经胶质瘤组织中差异表达的129个LncRN一夜情未了A中,CRNDE一直被认为是正调节能力最强的LncRN一夜情未了A。CRNDE的过度表达导致胶质瘤细胞侵袭与迁移,而CRNDE的敲除可抑制致癌基因活性。

 

有研究显示了CRNDE过度表达与神经胶质瘤干细胞(glioma stem cells,GSC)增殖存在直接联系。存在CRNDE表达的胶质瘤具有EGFR过度扩增,表明在一定程度上,CRNDE可能参与通过EGFR信号通路调控GSC。上皮生长因子(EGF)细胞增殖和信号传导的受体(epidermal growth factor receptor,EGFR)表达与GSC表型相关,可能有助于增强肿瘤原始细胞的侵袭行为。同时,CRNDE也可以下调miR-186并抑制下游靶基因XIAP(X连锁凋亡抑制剂)和PAK7[p21蛋白(Cdc42/Rac)激活的激酶7]的表达,从而促进人类GSC增殖。

 

除了这些观察之外,Wang等的研究显示,CRNDE过表达可以通过哺乳动物靶标体外和体内雷帕霉素(mTOR)信号传导路径促进神经胶质瘤细胞生长。最近,研究表明CRNDE通过减弱miR-384/PIWIL4(piwilike RNA介导的基因沉默4)轴来促进肿瘤增殖。简而言之,PIWIL4是miR-384的靶标,而CRNDE低表达可以降低PIWIL4的蛋白水平,并最终导致体内胶质瘤消退。总的来说,这些结果表明,CRNDE通过多种信号途径促进胶质瘤发生与进展。

 

2.4癌症易感性因子2(cancer susceptibility candidate 2,CASC2)

 

在子宫内膜癌的研究中,人们发现CASC2a表达可使子宫内膜癌细胞的转录水平下调,并进一步将CASC2鉴定为肿瘤抑制基因。CASC2是位于染色体10q26的LncRN一夜情未了A,包含三个可变剪接的同工型转录本,CASC2a、CASC2b和CASC2c,含有相同的前三个外显子和多种下游外显子。最近,Wang等报道,胶质瘤组织以及神经胶质瘤细胞株(U251和U87)中的CASC2表达均降低。与其他肿瘤以前的研究一致,CASC2的过表达可以通过阻止增殖和迁移来抑制神经胶质瘤细胞的恶性增殖,从而相应地促进细胞凋亡。研究指出特异性抑制miR-21通过调节肿瘤发生相关过程(包括增殖、凋亡、迁移和侵袭),在脑胶质瘤新型治疗策略中发挥重要作用。RIP和RNA下拉测定证实,CASC2主要通过下调miR-21(一种潜在的CASC2靶标)来发挥肿瘤抑制作用。因此,靶向CASC2-miR-21轴可能是治疗恶性胶质瘤的有效策略。

 

2.5LncRN一夜情未了A XIST

 

XIST基因是控制X染色体去活化的基因,LncRN一夜情未了AXIS是TXIST基因的产物,位于Xq135位的XkbDNA500kb的片段内,称为X灭活中心(XIC)。XIST通过将染色质修饰PRC2复合物募集到XIC来诱导多基因的表观遗传沉默。已经发现X-非活性特异性转录物在多种人类癌症中失调。最近的研究表明,在胶质瘤组织和GSCs中XIST表达异常上调。通过短发夹RNA(shRNA)敲除XIST,可发挥肿瘤抑制作用。此外,由于XIST和miR-152可能形成互逆抑制反馈环,并且位于相同的RNA诱导沉默复合物(RISC)中,miR-152可以通过XIST介导GSCs的生长。敲除XIST可以抑制GSC的增殖、迁移和侵袭,同时也通过上调miR-152促进脑胶质瘤细胞的凋亡。总之,进一步的研究应该集中在脑胶质瘤的XIST-miRNA轴上。

 

3.总结与展望

 

LncRN一夜情未了A失调影响细胞分化,与脑胶质瘤发生/转移与侵袭存在多方面的联系,成为研究脑胶质瘤的新里程碑。与小干扰RNA和微小RNA相比,LncRN一夜情未了A靶向识别的特异性也逐步推动了干扰技术的进步。除外实验与技术误差,依据LncRN一夜情未了A复杂的表观遗传学功能,如何进一步提高脑胶质瘤组织检测特异性,改善肿瘤细胞耐药性,设计新型化疗药物等问题诚待解决,如TMZ作为治疗原发性和复发性高级胶质瘤的最广泛使用和最有效的一线化疗药物,在临床应用中耐药性逐步增加,治愈脑胶质瘤后期复发率呈现上升趋势。目前学说提出作为基因的因子调节,LncRN一夜情未了A可以控制细胞过程,如疾病条件下的细胞自噬,从而加强TMZ在脑胶质瘤中的治疗敏感性,对自噬调节中的LncRN一夜情未了A的进一步研究将增强在神经胶质瘤治疗中TMZ的化学敏感性和化学保护作用。

 

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